CN104811154A - 声音产生系统和其音频放大的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声音产生系统和其音频放大的方法。声音产生系统包含扬声器、驱动电路和音频控制器。扬声器用于产生可听得到的声音。音频控制器经配置以接收输入音频信号且用放大增益预放大输入音频信号以获得经预放大的音频信号；对经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号；将输出音频信号转换为驱动电压；通过驱动电路而将驱动电压提供到扬声器；在驱动电路上进行检测以获得用于响应于驱动电压来确定扬声器的所估计的振幅的至少一个振幅参数；且根据所估计的振幅来调整放大增益。

Description

声音产生系统和其音频放大的方法

技术领域

本发明涉及一种声音产生系统和其方法，且特别涉及一种具有多频带动态范围控制操作的声音产生系统。

背景技术

在常规声音产生系统中，根据扬声器的振幅(excursion)来自动地控制放大设备的增益。依音频和振幅来看，音频的内容包含来自扬声器的第一谐振频率音频。第一谐振频率音频的响度受扬声器的隔膜的振幅和人的听觉限制。因此，在数字空间中，用于放大音频的增益的范围是有限的，且音频的低频段的改进空间也是有限的。

发明内容

本发明提供多种声音产生系统及其方法，且因此尤其可听得到的低音频段中的声音质量和响度得以优化。

本发明的声音产生系统，包含扬声器、驱动电路和音频控制器。所述扬声器用于产生可听得到的声音。所述驱动电路连接到所述扬声器。所述音频控制器通过所述驱动电路而连接到所述扬声器。所述音频控制器经配置以接收输入音频信号且用放大增益预放大所述输入音频信号以获得经预放大的音频信号；对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号；将所述输出音频信号转换为驱动电压；通过所述驱动电路而将所述驱动电压提供到所述扬声器；在所述驱动电路上进行检测以获得用于响应于所述驱动电压来确定所述扬声器的所估计的振幅的至少一个振幅参数；且根据所述估计的振幅来调整所述放大增益。

本发明的另一种声音产生系统，包含自动增益控制器、延迟单元、多频带动态范围控制器(MBDRC)和振幅控制器。所述自动增益控制器接收输入音频信号和放大增益，且控制所述输入音频信号的所述放大增益以根据所述输入音频信号和所述放大增益而产生经预放大的音频信号。所述延迟单元耦接到所述自动增益控制器，且提供用于传送所述经预放大的音频信号的延迟时间。所述MBDRC耦接到所述延迟单元以接收所述经预放大的音频信号，且对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制操作以产生输出音频信号。所述驱动电路耦接在所述多频带动态范围控制器与所述扬声器之间，且所述驱动电路接收并放大所述输出音频信号以驱动所述扬声器。所述振幅控制器耦接到所述驱动电路以接收施加在所述扬声器上的反馈电压和反馈电流，其中所述振幅控制器根据所述输入音频信号、所述反馈电压和所述反馈电流而确定所述放大增益。

本发明的声音产生方法包含：接收输入音频信号且用放大增益预放大所述输入音频信号以获得经预放大的音频信号；对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号；将所述输出音频信号转换为驱动电压；通过所述驱动电路而将所述驱动电压提供到所述扬声器；在所述驱动电路上进行检测以获得用于响应于所述驱动电压来确定所述扬声器的所估计的振幅的至少一个振幅参数；以及根据所述估计的振幅来调整所述放大增益。

根据以上描述，在本发明中，通过所述反馈电流和所述反馈电压来获得所述扬声器的所述估计的振幅。根据所述扬声器的所述估计的振幅(以及信号控制器)来确定所述放大增益。此外，在所述声音产生系统和所述声音产生系统中提供MBDRAC操作。也就是说，可通过输入音频的不同频带来控制输入音频信号，且可提高声音质量和基于扬声器(例如，微型扬声器)的能力的响度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A说明根据本申请案的示范性实施例的声音产生系统。

图1B说明根据本发明的示范性实施例的另一声音产生系统102的方块图。

图2说明根据本发明的另一示范性实施例的另一声音产生系统200的方块图。

图3说明图2中的MBDRC 230的输入和输出的示意图。

图4说明根据图2的示范性实施例的MBDRC 230的方块图。

图5说明根据本发明的示范性实施例的扬声器的振动特性。

图6A说明扬声器系统的控制设备。

图6B说明根据本申请案的另一实施例的声音产生系统602。

图7说明根据本发明的示范性实施例的声音产生方法的流程图。

【符号说明】

61：补偿单元

63：增益单元

65：反馈单元

101：声音产生系统

102：音频控制器

103：驱动电路

104：声音产生系统

110：自动增益控制器

120：延迟单元

130：多频带动态范围控制器

140：驱动电路

150：振幅控制器

200：声音产生系统

210：自动增益控制器

220：延迟单元

230：多频带动态范围控制器

240：驱动电路

241：数字模拟转换器

242：放大器

250：振幅控制器

260：等化滤波器

270：限制单元

280：电流传感器

292：模拟数字转换器

410：前动态范围控制器

430：加法单元

440：后动态范围控制器

601：控制设备

602：声音产生系统

611：振幅预测装置

613：非线性补偿器

615：缓冲器

617：信号控制器

631：增益控制装置

633：数字模拟转换器

651：振幅检测装置

653：温度检测装置

655：模拟数字转换器

2110：信号控制器

4211：频带划分滤波器

4212：动态范围控制器

4213：动态范围控制器

4221：频带划分滤波器

4222：动态范围控制器

4223：动态范围控制器

4231：频带划分滤波器

4232：动态范围控制器

4233：动态范围控制器

6311：自动增益控制器(AGC)

6312：延迟单元

6313：多频带动态范围控制器(MBDRC)

6314：限制单元

AMP：放大器

CIN_AU：经预放大的音频信号

CP_AU：输出音频

EIN_AU：经均衡的输入音频信号

EMAX：最大可能振幅

FV：反馈电压

FC：反馈电流

Gc：值

GC1：第一增益控制信号

GC2：第二增益控制信号

GC3：第三增益控制信号

GC4：第四增益控制信号

HB：高频带

IN_AU：输入音频信号

LB：低频带

MB：中频带

PF1：第一所检测的参数

PF2：第二所检测的参数

RF1：第一谐振频率

RF2：第二频率

S710～S760：步骤

Sa1：第一音频信号

Sa3：第三音频信号

Sfb1：反馈电流信号

Sfb2：反馈电压信号

SPK：扬声器

UAG：放大增益

具体实施方式

参看图1A，图1A说明根据本申请案的示范性实施例的声音产生系统。声音产生系统101包含音频控制器102、驱动电路103和扬声器SPK。扬声器SPK用于产生可听得到的声音。驱动电路103耦接到扬声器SPK且提供用于驱动扬声器SPK的信号。音频控制器102耦接到扬声器SPK和驱动电路103。音频控制器102经配置以接收且处理输入音频信号IN_AU，且产生输出音频信号并将其转换为驱动电压。驱动电路103将驱动电压提供到扬声器SPK以驱动扬声器SPK。

详细地说，音频控制器102接收放大增益且用放大增益预放大输入音频信号IN_AU以获得经预放大的音频信号。接着，音频控制器102对经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制操作以产生输出音频信号。此外，音频控制器102可将输出音频信号转换为驱动电压，且驱动电压可通过驱动电路103而传送到扬声器SPK以驱动扬声器SPK。

另一方面，音频控制器102在驱动电路103上进行检测以获得扬声器SPK的至少一个振幅参数。音频控制器102可响应于驱动电压根据至少一个振幅参数来确定扬声器SPK的所估计的振幅。且，音频控制器102根据所估计的振幅来调整放大增益。

此处，请注意，音频控制器102可对经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以产生经压缩的音频信号。接着，音频控制器102可通过将限制增益应用到经压缩的音频信号以限制输出音频信号的电平并获得所限制的音频信号作为输出音频信号而将经压缩的音频信号的总电压值限制在阈值电压值。限制增益还可由音频控制器102根据扬声器SPK的所估计的振幅来调整。

扬声器SPK具有至少一个隔膜。隔膜在谐振频率上具有最高响应。响应于此，音频控制器102操作以对经预放大的音频信号的第一频带进行第一动态范围控制操作，且第一频带低于谐振频率。此外，音频控制器102操作以对经预放大的音频信号的第二频带进行第二动态范围控制操作，且第二频带高于谐振频率。特别是，第一动态范围控制操作的压缩比高于第二动态范围控制操作的压缩比。

音频控制器102还操作以缓冲经预放大的音频信号，且在至少两个频带上对所缓冲的经预放大的音频信号进行滤波以获得各自对应于至少两个频带中的一个的至少两个经滤波的音频信号。音频控制器102分别对至少两个经滤波的音频信号进行至少两个分开的动态范围控制以获得至少两个经压缩的经滤波的音频信号。此外，音频控制器102通过对至少两个经压缩的经滤波的音频信号求和而获得经压缩的音频信号。

关于所估计的振幅，音频控制器102在驱动电路103上接收驱动电流，且因此产生第一振幅参数。其中，驱动电流是响应于在扬声器SPK上施加的驱动电压而产生，且驱动电流从扬声器SPK反馈到音频控制器102。另一方面，由音频控制器102产生的输出音频信号可用于产生第二振幅参数。也就是说，音频控制器102可基于第一振幅参数和第二振幅参数响应于驱动电压而确定扬声器SPK的所估计的振幅。

在所述操作中，输入音频信号IN_AU被连续地传送到音频控制器102。音频控制器102可延迟输入音频信号IN_AU以获得用于预见的第一输入音频信号。基于第一输入音频信号，可由音频控制器102确定响应于第一输入音频信号的扬声器SPK的所估计的振幅，且可因此确定第一所估计的振幅是否进入扬声器SPK的力因数(force factor)或刚度(stiffness)的非线性区域。当所估计的振幅进入非线性区域时，音频控制器102可补偿第一输入音频信号以产生第二输入音频信号，且音频控制器102可用放大增益预放大第二输入音频信号以获得经预放大的音频信号。此外，基于响应于第一输入音频信号的扬声器SPK的所估计的振幅，可因此确定扬声器SPK的振幅是否超过最大允许值。当扬声器SPK的所估计的振幅超过振幅阈值(其中振幅阈值对应于在音频控制器102可假设扬声器SPK的振幅已超过最大允许值时的所估计的振幅的值)时，音频控制器102可减小放大增益，且扬声器SPK的振幅可受到控制而防止超过最大允许值且防止对扬声器SPK的损坏。振幅阈值可根据扬声器的物理特性来预定。振幅阈值还可为音频控制器102可对输出音频信号进行硬削波或软削波以防止扬声器SPK受到损害的预定阈值。

关于驱动电路103，数字模拟转换器和放大器可设置在驱动电路103中。数字模拟转换器用于将输出音频信号转换为模拟输出信号，且放大器用于在偏压电压下放大模拟输出音频信号以获得驱动电压。偏压电压可从音频控制器102控制，且音频控制器102可检测一时间间隔内的第一输入音频信号的信号电平，且基于第一输入音频信号的信号电平来调整偏压电压的电压值。也就是说，可监控第一输入音频信号的信号电平，且当将具有较小音量的第一输入音频信号输入到音频控制器102时，可减小放大器的偏压电压的电压值，且可节省电力消耗。

参看图1B，图1B说明根据本发明的示范性实施例的另一声音产生系统104的方块图。声音产生系统104包含自动增益控制器(AGC)110、延迟单元120、多频带动态范围控制器(MBDRC)130、限制器(未图示)、驱动电路140和振幅控制器150。声音产生系统104用于驱动扬声器SPK。

AGC 110接收输入音频信号IN_AU和放大增益UAG，其中放大增益UAG由应用处理器根据播放程序的设置或来自用户的指令来提供，且AGC110控制输入音频信号IN_AU的增益以根据放大增益UAG而产生经预放大的音频信号CIN_AU。延迟单元120耦接在AGC 110的输出与MBDRC 130的输入之间。延迟单元120提供延迟时间以将经预放大的音频信号CIN_AU传送到MBDRC 130的输入。MBDRC 130耦接到延迟单元120以从延迟单元120接收经预放大的音频信号CIN_AU，且MBDRC 130对经预放大的音频信号CIN_AU进行多频带动态范围控制操作以产生输出音频CP_AU。增益限制器可用于限制输出音频CP_AU的电平。在图1B中，输出音频CP_AU被传送到驱动电路140，且驱动电路140放大输出音频CP_AU以驱动扬声器SPK。

另一方面，振幅控制器150耦接在驱动电路140与AGC 110之间以形成反馈电路。振幅控制器150接收由放大器140接收的电压信号以形成反馈电压FV，且振幅控制器150还接收流经扬声器SPK的电流以形成反馈电流FC。振幅控制器150根据输入音频信号IN_AU、反馈电压FV和反馈电流FC而产生第一增益控制信号GC1，且将第一增益控制信号GC1提供到AGC 110以通知AGC 110扬声器SPK的所估计的振幅是否进入扬声器的力因数或刚度的非线性区域。因此，当AGC 110接收通知扬声器SPK的所估计的振幅进入非线性区域的第一增益控制信号GC1时，声音产生系统104可补偿第一输入音频信号以产生第二输入音频信号。

详细地说，MBDRC 130根据多个不同频带而将经预放大的音频信号CIN_AU划分为多个部分。MBDRC 130分别对经预放大的音频信号CIN_AU的多个部分进行多个控制(压缩或扩张)操作。分别对应于频带的控制操作可不同。也就是说，可分别通过不同方法来压缩或扩张经预放大的音频信号CIN_AU的不同频带，可获得优化的音频信号。

此处，应注意，在所述实施例中，扬声器SPK的所估计的振幅是重要的。振幅控制器150根据反馈电压FV和反馈电流FC而计算扬声器SPK的所估计的振幅，且振幅控制器150根据所估计的振幅和输入音频信号而产生第一增益控制信号GC1以通知AGC 110。举例来说，振幅控制器150根据反馈电压FV和反馈电流FC而计算扬声器SPK的所估计的振幅。举例来说，振幅控制器150根据通过反馈电压FV和反馈电流FC计算的阻抗而计算扬声器SPK的所估计的振幅，且根据所估计的振幅而获得第一增益控制信号GC1。

参看图2，图2说明根据本发明的另一示范性实施例的声音产生系统200的方块图。声音产生系统200包含自动增益控制器(AGC)210、延迟单元220、多频带动态范围控制器(MBDRC)230、放大器242、振幅控制器250、等化(EQ)滤波器260、限制单元270、电流传感器280、数字模拟转换器(DAC)241、模拟数字转换器(ADC)292和信号控制器2110，其中，DAC 241和放大器242形成驱动电路240。

在图2中，音乐内容的输入音频信号可由EQ滤波器260预先处理，且经均衡的输入音频信号EIN_AU被发送到AGC 210以由AGC 210根据放大增益来预放大。AGC 210通过放大经均衡的输入音频信号EIN_AU而产生经预放大的音频信号CIN_AU。此外，经预放大的音频信号CIN_AU被传送到延迟单元220，且延迟单元220提供延迟时间以将经预放大的音频信号CIN_AU传送到MBDRC 230。在延迟时间的时段期间，振幅控制器250用于计算扬声器SPK的隔膜的所估计的振幅，且第一增益控制信号GC1由振幅控制器250根据所估计的振幅而产生。

经预放大的音频信号CIN_AU通过延迟单元220而传送到MBDRC 230。参看图3，图3说明图2中的MBDRC 230的输入和输出的示意图。在图3中，经预放大的音频信号CIN_AU可划分为具有不同音量的三个部分。MBDRC 230可为处理音量低于TH1的输入音频的扩张器。在中等音量区域中，当输入音频的音量介于TH1与TH2之间时，输出音频的音量可与输入音频匹配。在高音量区域中，可通过减小大于TH2的输入音频的音量来产生输出音频的音量。

详细地说，参看图4，图4说明根据图2的示范性实施例的MBDRC 230的方块图。MBDRC 230包含前动态范围控制器410、频带划分滤波器4211、4221和4231、动态范围控制器4212、4213、4222、4223、4232和4233、加法单元430和后动态范围控制器440。在图4中，经预放大的音频信号CIN_AU在第一级中由前动态范围控制器410处理，且接着前动态范围控制器410的输出被传送到滤波器4211、4221和4231以并列地进行处理。滤波器4211、4221和4231分别为低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器。也就是说，滤波器4211、4221和4231的通过频带分别不同。

滤波器4231滤除经预放大的音频信号CIN_AU的低频部分，且经预放大的音频信号CIN_AU的低频部分被依序传送到动态范围控制器4232和4233以进行控制。滤波器4221滤除经预放大的音频信号CIN_AU的中频部分，且经预放大的音频信号CIN_AU的中频部分被依序传送到动态范围控制器4222和4223以进行控制。此外，滤波器4211滤除经预放大的音频信号CIN_AU的高频部分，且经预放大的音频信号CIN_AU的高频部分被依序传送到动态范围控制器4212和4213以进行控制。

动态范围控制器4213、4223和4233的所有输出被传送到加法单元430以进行求和运算。求和运算的结果被传送到后动态范围控制器440以进行控制而产生输出音频CP_AU。

在这个控制过程中，所述控制过程基于每一频带的特性而动态地更改压缩比或扩张比和对应的补偿增益(make-up gain)。通过使用这种设备，所述设备增强且强调音乐内容的细节。此外，可通过使用扩张器抑制高频带中感知上令人讨厌的小的嘶嘶声而进一步提高声音质量。

参看图5，图5说明根据本发明的示范性实施例的扬声器的振动特性。可根据输入音频的频带来划分扬声器的振动特性。在图5中，低频带LB的频率低于扬声器SPK的第一谐振频率RF1；中频带MB的频率高于第一谐振频率RF1但低于第二频率RF2(例如，7千赫)；且高频带HB的频率高于第二频率RF2。在低频带LB中，扬声器SPK的振幅本质上高，以致于应用了高压缩比。因此，扬声器SPK的振幅限制于低于扬声器SPK的最大可能振幅EMAX。关于中频带MB，应用低压缩比，这是因为扬声器SPK的振幅具有大的余量(headroom)。关于高频带，扩张器用于抑制小的信号。来自扬声器SPK的音频的感知质量可得以优化。

此外，在这种设备中，针对多个频带中的每一个而设计MBDRC 230。关于中等音量，所述中等音量通过应用相关的缓慢的增高时间(attack time)和释放时间来处理以避免泵浦效应(pumping effect)。关于大音量，所述大音量通过应用快速的增高时间和释放时间来处理以抑制信号的暂态峰值。

参看图2，电流传感器280耦接在扬声器SPK与振幅控制器250之间。电流传感器280感测流经扬声器SPK的电流以产生反馈电流FC，且将反馈电流FC传送到振幅控制器250。ADC 292耦接到电流传感器280，且ADC 292将反馈电流FC从模拟格式转换为数字格式。振幅控制器250接收数字格式的反馈电流FC。

限制单元270耦接到MBDRC 230的输出，且用于根据第二增益控制信号GC2而限制输出音频CP_AU的增益。其中，第二增益控制信号GC2是由振幅控制器250产生。当扬声器SPK的所估计的振幅超过振幅阈值时，振幅控制器250可产生第二增益控制信号GC2且将其传输到限制单元270，以使得一旦限制单元270接收到第二增益控制信号GC2，音频控制器200便可减小放大增益。

DAC 241耦接在限制单元270与放大器242之间。DAC 241用于将限制单元270的输出从数字格式转换为模拟格式。

信号控制器2110耦接到AGC 210、EQ滤波器260和限制单元270。信号控制器2110接收经均衡的输入音频EIN_AU，且将第三增益控制信号GC3提供到AGC 210且将第四增益控制信号GC4提供到限制单元270。当信号控制器2110通过采用预见分析方案分析经均衡的输入音频EIN_AU而决定所估计的振幅进入非线性区域时，信号控制器2110将第三增益控制信号GC3传送到AGC 210。AGC 210可根据第三增益控制信号GC3来补偿经均衡的输入音频EIN_AU。另一方面，当信号控制器2110通过采用预见分析方案分析经均衡的输入音频EIN_AU而决定所估计的振幅进入振幅阈值区域时，信号控制器2110将第四增益控制信号GC4传送到限制单元270。限制单元270可根据第四增益控制信号GC4来限制输出音频CP_AU的增益。在图2中，AGC 210可接收第一增益控制信号GC1和第三增益控制信号GC3以同时进行增益控制操作，且限制单元270可接收第二增益控制信号GC2和第四增益控制信号GC4以同时进行增益限制操作。

参看图6A，图6A说明扬声器系统的控制设备。如图6A所示的控制设备601的结构包含补偿单元61、增益单元63和反馈单元65。在图6A中，输入音频信号(或称为第一音频信号)Sa1将由放大器AMP放大且接着由扬声器SPK再生。

在图6A中，补偿单元61包含用于振幅计算的振幅预测装置611、非线性补偿器613和缓冲器615。在实例中，补偿单元61执行基于预见的补偿。例如通过使用缓冲器615来预见例如呈数字信号的形式的第一音频信号Sa1。在实际应用中，第一音频信号Sa1可需要调节或可默认为经调节的信号，或信号调节电路级可视情况包含在控制设备601中以产生经调节的信号来用于后续级的处理。为便于解释，在所述实施例中，第一音频信号Sa1可被视为经调节的信号。振幅预测装置611通过扬声器SPK的第一模型来预测或评估第一音频信号Sa1的对应振幅以产生第一音频信号的所预测的振幅。非线性补偿器613根据来自缓冲器615的经延迟的第一音频信号和从振幅预测装置611输出的所预测的振幅来确定是否需要补偿。此外，非线性补偿器613根据第一模型和第一所检测的参数(由PF1表示)、来自增益控制单元631的值Gc和经延迟的第一音频信号Sa1通过补偿来产生第二音频信号Sa2。如果不需要补偿第一音频信号Sa1，那么非线性补偿器613将第一音频信号作为第二音频信号Sa2输出(或可通过缩放(scaling)而输出)。

在确定是否需要补偿时，非线性补偿器613可采用扬声器SPK的一个或一个以上物理参数以便确定所预测的第一参数(例如，振幅)是否进入物理参数的非线性区域。

增益单元63包含增益控制装置631和数字模拟转换器(DAC)633。响应于第二音频信号Sa2和至少一个所检测的参数(例如，第一所检测的参数PF1和/或第二所检测的参数PF2等)，增益控制装置631输出了输出音频信号。在一个实例中，输出音频信号可由DAC 633转换以便输出用于放大器AMP的第三音频信号Sa3。此外，增益控制装置631将例如指示当前用于增益单元63中的增益值的值Gc等参数输出到非线性补偿器613，以便使非线性补偿器613根据当前增益值来调整非线性补偿。

反馈单元65用于根据来自扬声器SPK的反馈信号Sfb(例如，指示反馈电流信号Sfb1和反馈电压信号Sfb2)而产生至少一个所检测的参数。反馈单元65包含振幅控制装置(或称为振幅检测装置)651、温度检测装置653和模拟数字转换器(ADC)655。反馈电流Sfb1和反馈电压Sfb2是分别通过温度检测装置653和振幅检测装置651来评估的，以便产生第一所检测的参数PF1(例如，扬声器的所检测的振幅)和第二所检测的参数PF2(例如，扬声器的温度)。根据一个或一个以上所检测的参数(例如，PF1和PF2)和第二音频信号Sa2，增益控制装置631调整其增益值。由振幅检测装置651产生的第一所检测的参数PF1(即，所检测的振幅)适应性地反馈到非线性补偿器613。

参看图6A和图6B，其中图6B说明根据本申请案的另一实施例的声音产生系统602。通过验证图6A中的控制设备601而获得声音产生系统602。不同于图6A，在图6B中，信号控制器617设置在补偿单元61中，且AGC6311、延迟单元6312、MBDRC 6313和限制单元6314设置在增益控制单元631中。

关于信号控制器617、AGC 6311、延迟单元6312、MBDRC 6313和限制单元6314的操作可参考图2中的实施例。可认识到，MBDRC操作可用于增益控制器装置631中，且由扬声器SPK广播的声音的质量可提高。

参看图7，图7说明根据本发明的示范性实施例的声音产生方法的流程图。在步骤S710中，接收输入音频信号且用放大增益预放大输入音频信号以获得经预放大的音频信号。在步骤S720中，对经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号。此外，在步骤S730中，将输出音频信号转换为驱动电压，且在步骤S740中，通过驱动电路而将驱动电压提供到扬声器。

在步骤S750中，在驱动电路上进行检测以获得用于响应于驱动电压来确定扬声器的所估计的振幅的至少一个振幅参数，且在步骤S760中，可根据所估计的振幅来调整放大增益。

关于本实施例的音频放大方法的操作细节，在上文参考声音产生系统在前述实施例已有详细描述，因此，在此不再重复其说明。

综上所述，本发明提供MBDRC集成电流和电压感测控制方法及其对应控制设备的实施例。可根据不同频带来处理输入音频，且可优化来自扬声器的输出音频的性能。

Claims (29)

1.一种用于手持式装置的声音产生系统，包括：

扬声器，用于产生可听得到的声音；

驱动电路，连接到所述扬声器；

音频控制器，通过所述驱动电路而连接到所述扬声器，所述音频控制器经配置以：

接收输入音频信号且用放大增益预放大所述输入音频信号以获得经预放大的音频信号；

对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号；

将所述输出音频信号转换为驱动电压；

通过所述驱动电路而将所述驱动电压提供到所述扬声器；

在所述驱动电路上进行检测以获得用于响应于所述驱动电压来确定所述扬声器的所估计的振幅的至少一振幅参数；且

根据所述估计的振幅来调整所述放大增益。

2.如权利要求1所述的声音产生系统，其中所述音频控制器还经配置以：

对所述经预放大的音频信号进行所述多频带动态范围控制以产生经压缩的音频信号；

通过将限制增益添加到所述经压缩的音频信号以获得所限制的音频信号作为所述输出音频信号而将所述经压缩的音频信号的总电压值限制于阈值电压值；以及

根据所述扬声器的所估计的振幅来调整所述限制增益。

3.如权利要求2所述的声音产生系统，其中所述扬声器包括至少一隔膜，所述隔膜在谐振频率上具有最高脉冲响应，且所述音频控制器操作以：

对所述经预放大的音频信号的第一频带进行第一动态范围控制操作，其中所述第一频带低于所述谐振频率；

对所述经预放大的音频信号的第二频带进行第二动态范围控制操作，其中所述第二频带高于所述谐振频率；

其中所述第一动态范围控制操作的压缩比高于所述第二动态范围控制操作的压缩比。

4.如权利要求2所述的声音产生系统，其中所述音频控制器操作以：

缓冲所述经预放大的音频信号；

在至少两个频带上对所述缓冲的经预放大的音频信号进行滤波以获得各自对应于所述至少两个频带中的一个的至少两个经滤波的音频信号；

对所述至少两个经滤波的音频信号进行独立的动态范围控制以获得至少两个经压缩的经滤波的音频信号；

对所述至少两个经压缩的经滤波的音频信号求和而获得所述经压缩的音频信号。

5.如权利要求1所述的声音产生系统，其中所述音频控制器操作以：

响应于在所述扬声器上施加的所述驱动电压而在所述驱动电路上反馈驱动电流以产生第一振幅参数；

反馈所述输出音频信号以产生第二振幅参数；且

基于所述第一振幅参数和所述第二振幅参数响应于所述驱动电压而确定所述扬声器的所述估计的振幅。

6.如权利要求5所述的声音产生系统，其中所述音频控制器根据所述第一振幅参数和所述第二振幅参数而计算所述扬声器的阻抗，且根据所述阻抗而确定所述扬声器的所述估计的振幅。

7.如权利要求1所述的声音产生系统，其中所述音频控制器操作以：

延迟所述输入音频信号以获得用于预见的第一输入音频信号；

基于所述第一输入音频信号，确定响应于所述第一输入音频信号的所述扬声器的所估计的振幅；且

确定所述第一所估计的振幅是否进入所述扬声器的力因数或刚度的非线性区域；

当所述估计的振幅进入所述非线性区域时，补偿所述第一输入音频信号以产生第二输入音频信号；且

用所述放大增益预放大所述第二输入音频信号以获得所述经预放大的音频信号。

8.如权利要求7所述的声音产生系统，其中所述音频控制器操作以：

当所述扬声器的所述估计的振幅超过振幅阈值时，减小所述放大增益。

9.如权利要求7所述的声音产生系统，其中所述输入音频信号、所述经预放大的音频信号和所述输出音频信号为数字信号，且所述驱动电路包括：

数字模拟转换器，用于将所述输出音频信号转换为模拟输出信号；以及

放大器，用于在偏压电压下放大所述模拟输出音频信号以获得所述驱动电压，

其中所述音频控制器操作以：

将所述偏压电压提供到所述放大器；

检测一时间间隔内的所述第一输入音频信号的信号电平；以及

基于所述第一输入音频信号的所述信号电平来调整所述偏压电压的电压值。

10.一种声音产生系统，耦接到扬声器，包括：

自动增益控制器，接收输入音频信号和放大增益，其中所述自动增益控制器根据所述输入音频信号和所述放大增益而产生经预放大的音频信号；

延迟单元，耦接到所述自动增益控制器，且提供用于传送所述经预放大的音频信号的延迟时间；

多频带动态范围控制器，耦接到所述延迟单元以接收所述经预放大的音频信号，且对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制操作以产生输出音频信号；

驱动电路，耦接在所述多频带动态范围控制器与所述扬声器之间，其中所述驱动电路接收并放大所述输出音频信号以驱动所述扬声器；以及

振幅控制器，耦接到所述驱动电路以接收施加在所述扬声器上的反馈电压和反馈电流，其中所述振幅控制器根据所述输入音频信号、所述反馈电压和所述反馈电流而调整所述放大增益。

11.如权利要求10所述的声音产生系统，其中所述振幅控制器根据所述反馈电压和所述反馈电流而计算所述扬声器的所估计的振幅，且所述振幅控制器根据所述估计的振幅和所述输入音频信号而调整所述放大增益。

12.如权利要求11所述的声音产生系统，其中所述振幅控制器通过所述反馈电压和所述反馈电流而计算阻抗，且根据所述阻抗而确定所述扬声器的所述估计的振幅。

13.如权利要求10所述的声音产生系统，其中所述多频带动态范围控制器包括：

前动态范围控制器，接收所述输入音频信号且对所述输入音频信号执行预压缩操作；

多个滤波器，耦接到所述前动态范围控制器以接收所述前动态范围控制器的输出，其中所述滤波器的通过频带分别不同；

多个动态范围控制器，分别耦接到所述滤波器且分别对所述滤波器的多个输出信号执行压缩或扩张操作；

加法单元，耦接到所述动态范围控制器以对所述动态范围控制器的多个输出信号求和；以及

后动态范围控制器，接收所述加法单元的输出信号以压缩且产生所述输出音频信号。

14.如权利要求11所述的声音产生系统，其中所述动态范围控制器中的每一个包括：

第一子动态范围控制器，耦接到所述对应的滤波器以压缩所述对应的滤波器的所述输出信号；以及

第二子动态范围控制器，耦接到所述第一子动态范围控制器以接收所述第一子动态范围控制器的输出信号。

15.如权利要求10所述的声音产生系统，还包括：

电流传感器，耦接在所述扬声器与所述驱动电路之间，其中所述电流传感器感测流经所述扬声器的电流以产生所述反馈电流。

16.如权利要求15所述的声音产生系统，还包括：

模拟数字转换器，耦接在所述电流传感器与所述振幅控制器之间，其中所述模拟数字转换器将所述反馈电流从数字格式转换为模拟格式。

17.如权利要求10所述的声音产生系统，还包括：

模拟数字转换器，耦接在所述多频带动态范围控制器与所述放大器之间，且将所述经压缩的音频从数字格式转换为模拟格式。

18.如权利要求10所述的声音产生系统，还包括：

限制单元，耦接在所述多频带动态范围控制器与所述放大器之间，其中所述限制单元根据所述放大增益而限制所述输出音频信号的增益。

19.如权利要求10所述的声音产生系统，其中所述振幅控制器在所述延迟时间的时段期间调整所述放大增益。

20.如权利要求10所述的声音产生系统，还包括：

等化滤波器，接收所述输入音频以使所述输入音频信号均衡。

21.如权利要求10所述的声音产生系统，还包括：

信号控制器，耦接到所述自动增益控制器以接收所述输入音频信号且针对所述自动增益控制器而调整所述放大增益。

22.一种声音产生方法，包括：

接收输入音频信号且用放大增益预放大所述输入音频信号以获得经预放大的音频信号；

对所述经预放大的音频信号进行多频带动态范围控制以获得输出音频信号；

将所述输出音频信号转换为驱动电压；

通过所述驱动电路而将所述驱动电压提供到扬声器；

在所述驱动电路上进行检测以获得用于响应于所述驱动电压来确定所述扬声器的所估计的振幅的至少一个振幅参数；以及

根据所述估计的振幅来调整所述放大增益。

23.如权利要求22所述的声音产生方法，其中所述对所述经预放大的音频信号进行所述多频带动态范围控制以获得所述输出音频信号的步骤包括：

对所述经预放大的音频信号进行所述多频带动态范围控制以产生经压缩的音频信号；

通过将限制增益添加到所述经压缩的音频信号以获得所限制的音频信号作为所述输出音频信号而将所述经压缩的音频信号的总电压值限制在阈值电压值；以及

根据所述扬声器的所估计的振幅来调整所述限制增益。

24.如权利要求23所述的声音产生方法，其中所述扬声器包括至少一个隔膜，所述隔膜在谐振频率上具有最高响应，且所述对所述经预放大的音频信号进行所述多频带动态范围控制的步骤包括：

对所述经预放大的音频信号的第一频带进行第一动态范围控制操作，其中所述第一频带低于所述谐振频率；

对所述经预放大的音频信号的第二频带进行第二动态范围控制操作，其中所述第二频带高于所述谐振频率；

其中所述第一动态范围控制操作的压缩比高于所述第二动态范围控制操作的压缩比。

25.如权利要求23所述的声音产生方法，其中所述对所述经预放大的音频信号进行所述多频带动态范围控制以获得所述输出音频信号的步骤还包括：

缓冲所述经预放大的音频信号；

在至少两个频带上对所述缓冲的经预放大的音频信号进行滤波以获得各自对应于所述至少两个频带中的一个的至少两个经滤波的音频信号；

对所述至少两个经滤波的音频信号进行独立的动态范围控制以获得至少两个经压缩的经滤波的音频信号；以及

对所述至少两个经压缩的经滤波的音频信号求和而获得所述经压缩的音频信号。

26.如权利要求22所述的声音产生方法，其中所述在所述驱动电路上进行检测以获得用于响应于所述驱动电压来确定所述扬声器的所述估计的振幅的所述至少一个振幅参数的步骤包括：

响应于在所述扬声器上施加的所述驱动电压而在所述驱动电路上反馈驱动电流以产生第一振幅参数；

反馈所述输出音频信号以产生第二振幅参数；以及

基于所述第一振幅参数和所述第二振幅参数响应于所述驱动电压而确定所述扬声器的所述估计的振幅。

27.如权利要求26所述的声音产生方法，其中所述基于所述第一振幅参数和所述第二振幅参数响应于所述驱动电压而确定所述扬声器的所述估计的振幅的步骤包括：

根据所述第一振幅参数和所述第二振幅参数而计算所述扬声器的阻抗；以及

根据所述阻抗而确定所述扬声器的所述估计的振幅。

28.如权利要求22所述的声音产生方法，还包括：

延迟所述输入音频信号以获得用于预见的第一输入音频信号；

基于所述第一输入音频信号，确定响应于所述第一输入音频信号的所述扬声器的所估计的振幅；

确定所述第一所估计的振幅是否进入所述扬声器的力因数或刚度的非线性区域；以及

当所述估计的振幅进入所述非线性区域时，补偿所述第一输入音频信号以产生第二输入音频信号；以及

用所述放大增益预放大所述第二输入音频信号以获得经预放大的音频信号。

29.如权利要求26所述的声音产生方法，其中所述输入音频信号、所述经预放大的音频信号和所述输出音频信号为数字信号，且所述方法还包括：

将所述输出音频信号转换为模拟输出信号；

提供偏压电压以在所述偏压电压下放大所述模拟输出音频信号以获得所述驱动电压；

检测一时间间隔内的所述第一输入音频信号的信号电平；以及

基于所述第一输入音频信号的所述信号电平来调整偏压电压的电压值。